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【摘要】本文以YL-335B型自动生产线实训考核装置为背景，以传输单元为例重点讲述了PLC对机械手自由转动的控制，指出伺服电机在机械手定位中的应用，大大提高了置位的准确度，并用PLC对其进行速度控制，增强了其应用性。该设备使用效果良好，成本低，同时具备在三维空间内大范围作业的功能。
引言
自动化生产线是由自动执行装置，经各种检测装置，按生产工艺要求的程序，自动进行生产作业的流水线。其综合应用机械技术、控制技术、传感技术、驱动技术、网络技术等。机械手广泛使用到自动化生产线中的装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送和包装等部分。
1硬件组成
1.1 FX1N系列PLC
本文选择的PLC类型为FX1N系列，因为该系列是一款功能很强大的小型PLC。特别是所具有的定位和脉冲输出功能，使得在不增加其它运动控制模块的情况下，可以直接对伺服系统进行控制。而且由于需要输出驱动伺服电机的高速脉冲，PLC应采用晶体管输出型。同时要实现机械手三个自由度（包括升降、伸缩、气动手指夹紧/松开和沿垂直轴旋转的四维运动）的控制所需的I/O点较多。基于上述考虑，选用三菱FX1N-40MT PLC,共24个输入点，16个晶体管输出。
1.2伺服电机及其驱动器
伺服电机和伺服驱动器需要一起配合使用组成伺服系统。在YL-335B的输送单元中，采用了松下MHMD022P1U永磁同步交流伺服电机及MADDT1207003全数字交流永磁同步伺服驱动装置作为运输机械手的运动控制装置。松下的伺服驱动器有位置控制、速度控制、转矩控制、位置/速度控制、位置/转矩、速度/转矩、全闭环控制这七种控制运行方式。伺服系统用作定位控制时是一个三闭环控制系统，位置环作为外环，电流环和速度环是两个内环，这样的系统结构提高了系统的快速性、稳定性和抗干扰能力。在足够高的开环增益下，系统的稳态误差接近为零。值得注意的是伺服驱动器投入使用之前必须对一些重要参数进行设定，才能达到控制的目的，可以通过调试软件或者驱动器上的面板进行设置。
1.3机械手装置
（1）传感器
本文介绍的装置是通过安装传感器发送控制信号以实现机械手自由度的准确控制，保证每个工序依次按要求正常工作。因此在本设备中的关键部位均装有磁性开关作为控制信号输入到PLC以便对机械手工作状态进行正确反应及控制。
（2）电磁阀
针对机械手工作要求，机械手由气爪、伸缩气缸、回转气缸和提升气缸组成。其中气爪和回转气缸由二位五通双向电控阀控制，伸缩气缸和提升气缸由二位五通单向电控阀控制。2电气控制设计机械手的工作过程实际包括两个方面，一是电机驱动机械手的定位控制，二是机械手到各工作单元物料台上抓取或放下工件，其工作流程如图1所示。
图1机械手工作流
通过分析得知在机械手工作过程中主要需要对其初态回原点复位和定位进行控制。本文以初态回原点复位为例说明采用FX1N绝对位置控制指令对伺服电机定位进行控制。FX1N绝对位置控制指令分别有原点回归指令FNC156（ZRN）、相对位置控制FNC158(DRVI)、绝对位置控制FNC159(DRVA)。原点回归指令主要用于上电时和初始运行时，搜索和记录原点位置信息。相对位置控制指令是指定当前位置到目标位置的位移量（以带符号的脉冲数表示），绝对位置控制指令是直接指定目标位置对于原点的坐标值（以带符号的脉冲数表示）。初态回原点复位程序如图2所示
图2 初态回原点复位程序
总结
PLC—交流伺服的位置控制系统控制灵活，响应迅速，通过在YL-335B上的应用表明，PLC—交流伺服的位置控制系统定位精准、重复精度高，工作可靠，适合应用于工业中单调、频繁的搬运和抓取工作
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